学人教版选修35 16.1实验：探究碰撞中的不变量 课件（1）（32张）.ppt

第一节实验 探究碰撞中的不变量 课前自主学案 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第一节 课前自主学案 一 实验目的1 明确探究碰撞中的不变量的基本思路 2 探究一维碰撞中的不变量 3 各种碰撞情景的实现 利用弹簧片 细绳 弹性碰撞架 胶布 撞针 橡皮泥设计各种类型的碰撞 利用滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量 方案二 利用等长悬线悬挂等大小球实现一维碰撞 1 质量的测量 用天平测量 2 速度的测量 可以测量小球被拉起的角度 从而算出碰撞前对应小球的速度 测量碰撞后小球摆起的角度 算出碰撞后对应小球的速度 2 追寻不变量在一维碰撞的情况下 与物体运动有关的物理量只有物体的质量和物体的速度 设两个物体的质量分别为m1 m2 碰撞前的速度分别为v1 v2 碰撞后的速度分别为v 1 v 2 如果速度与规定的正方向一致 则速度取正值 否则取负值 依据猜想与假设 依次研究以下关系是否成立 三 实验器材方案一 气垫导轨 光电计时器 天平 滑块 两个 弹簧片 细绳 弹性碰撞架 胶布 撞针 橡皮泥 方案二 带细线的摆球 两套 铁架台 天平 量角器 坐标纸 胶布等 方案三 光滑长木板 打点计时器 纸带 小车 两个 天平 撞针 橡皮泥 四 实验步骤不论采用哪种方案 实验过程均可按实验方案合理安排 参考步骤如下 1 用天平测相关质量 2 安装实验装置 3 使物体发生碰撞 4 测量或读出相关物理量 计算有关速度 5 改变碰撞条件 重复步骤3 4 6 进行数据处理 通过分析比较 找出碰撞中的守恒量 7 整理器材 结束实验 核心要点突破 一 实验数据的处理和实验结论1 实验数据的处理为了探究碰撞中的不变量 将实验中测得的物理量填入如下表格 然后探究不变量 从表中所列的三个关系中 找出碰撞前和碰撞后守恒的量 2 实验结论经过验证后可知 在误差允许的范围内 碰撞前后不变的量是物体的质量与速度的乘积 即m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 二 误差分析1 碰撞是否为一维碰撞 是产生误差的一个原因 设计实验方案时应保证碰撞为一维碰撞 2 碰撞中是否受其他力 例如摩擦力 影响是产生误差的又一个原因 实验中要合理控制实验条件 避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体速度 三 注意事项1 保证两物体发生的是一维碰撞 即两个物体碰撞前沿同一直线运动 碰撞后仍沿同一直线运动 2 若利用气垫导轨进行实验 调整气垫导轨时注意利用水平仪确保导轨水平 3 若利用摆球进行实验 两小球静放时球心应在同一水平线上 且刚好接触 摆线竖直 将小球拉起后 两条摆线应在同一竖直面内 4 碰撞有很多情形 我们寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变 才符合要求 课堂互动讲练 2011年盐城高二检测 某实验小组选用水平气垫导轨 光电门等测量装置来探究碰撞中的不变量 实验仪器如图16 1 1所示 图16 1 1 实验过程 1 调节气垫导轨水平 并使光电计时器系统正常工作 2 在滑块1上装上挡光片并测出其长度l 3 在滑块2的碰撞端面粘上橡皮泥 或双面胶纸 4 用天平测出滑块1和滑块2的质量m1 m2 5 把滑块1和滑块2放在气垫导轨上 让滑块2处于静止状态 v2 0 用滑块1以初速度v1与之碰撞 这时光电计时器系统自动计算时间 撞后两者粘在一起 分别记下滑块1的挡光片碰前通过光电门的遮光时间t1和碰后通过光电门的遮光时间t2 6 先根据v l t计算滑块1碰撞前的速度v1及碰后两者的共同速度v 再计算两滑块碰撞前后质量与速度的乘积 并比较大小 实验数据 m1 0 324kgm2 0 181kgl 1 00 10 3m 精讲精析 答案 见精讲精析 某同学设计了一个用打点计时器做 探究碰撞中的不变量 的实验 在小车a的前端粘有橡皮泥 推动小车a使之做匀速运动 然后与原来静止在前方的小车b相碰并粘合成一体 继续做匀速运动 他设计的具体装置如图16 1 2所示 在小车a后连着纸带 电磁打点计时器电源频率为50hz 长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力 图16 1 2 1 若已得到打点纸带如图16 1 3所示 并测得各计数点间距 已标在图上 则应选 段来计算a的碰前速度 应选 段来计算a和b碰后的共同速度 填 ab bc cd 或 de 图16 1 3 2 已测得小车a的质量m1 0 40kg 小车b的质量m2 0 20kg 由以上测量结果可得 碰前mav0 kg m s 碰后 ma mb v共 kg m s 由此得出结论 思路点拨 小车拖着通过打点计时器的纸带 纸带上的点迹记录了两个小车碰撞前后的情况 要根据实际碰撞的状况来判断纸带上哪一段是碰前的 哪一段是碰后的 精讲精析 1 从分析纸带上打点情况看 bc段既表示小车做匀速运动 又表示小车有较大速度 因此bc段能较准确地描述小车a在碰撞前的运动情况 应选bc段计算a的碰前速度 从cd段打点情况看 小车的运动情况还没稳定 而在de段内小车运动稳定 故应选de段计算碰后a和b的共同速度 小车a b碰撞后 ma mb v共 0 20 0 40 0 695kg m s 0 417kg m s 所以在误差许可的范围内可证明碰撞中mv的矢量和是守恒的量 答案 见精讲精析 某同学用如图16 1 4甲所示装置通过半径相同的a b两球的碰撞来探究碰撞过程中的不变量 图中pq是斜槽 qr为水平槽 实验时先使a球从斜槽上某一固定位置g由静止开始滚下 落到位于水平地面的记录纸上 留下痕迹 重复上述操作10次 得到10个落点痕迹 再把b球放在水平槽上靠近槽末端的地方 让a球仍从位置g由静止开始滚下 和b球碰撞后 a b球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹 重复这种操作10次 图中o点是水平槽末端r在记录纸上的垂直投影点 b球落点痕迹如图乙所示 其中米尺水平放置 且平行于g r o所在的平面 米尺的零点与o点对齐 图16 1 4 1 碰撞后b球的水平射程应取为 cm 2 在以下选项中 本次实验必须进行的测量是 a 水平槽上未放b球时 测量a球落点位置到o点的距离b 测量a球与b球碰撞后 a球落点位置到o点的距离c 测量a球与b球的质量d 测量g点相对于水平槽面的高度 思路点拨 两球下落高度相同 由平抛运动规律知 其初速度可由水平位移求出 在时间相同的条件下 可变求质量与速度乘积为求质量与水平位移乘积 从而来探究碰撞过程中mv的矢量和是否是不变量 该方案相比教材中三种方案从实验操作过程来说更方便 精讲精析 1 本题利用了高度相同 小球运